Jornades Tècniques de l’ACA 2009Auditori AXA, 1 de abril de 2009

El interés de las microturbinas en el saneamiento. La experiencia de la EDAR de Rubí

Jordi Robusté Agència Catalana de l’AiguaPedro Polo Acciona AguaManel Blasco Micropower Europe

Central Cogeneración en EDAR de Rubí

1. Tratamiento del Biogás• El tratamiento del biogás es la clave del

éxito de toda valorización energética.

• En el caso de las microturbinas, siempre es necesario instalar un compresor de biogás puesto que trabajan a presiones de entre 5 y 6 barg.

• Aprovechando este sistema previo, se le añaden los elementos para secar, filtrar y acondicionar térmicamente el biogás antes de que entre a las turbinas.

• El objetivo es:

• Biogás seco (10 ºC sobre el punto de rocío)• Presión de 6 barg.• Contenido en siloxanos inferior a 5 ppb.

1.2. Tratamiento del Biogás: Diagrama de proceso

2do enfriamiento + calentamiento final

1er enfriamiento + calentamiento

filtro

1.3. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos I

1. Enfriamiento gas BP

2. Enfriamiento gas AP

3. Filtro partículas

4. Recogida condensados AP

1

22

34

1.4. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos II

1. Trampa de condensados BP2. Filtro de carbón y grafito

activos3. Compresor de Biogás4. Resistencia eléctrica5. Válvula seguridad

6

21

34

5

7

1.5. Tratamiento del Biogás: Descripción equipos II

Antes del tratamiento de combustible tenemos 54,7 mg/Nm3

Después del tratamiento no se

detectan siloxanos ni otros COV’s

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2. Microturbinas: Historia y Origen• Estos equipos tienen una larga historia en el

campo aeronáutico. La primera se montó en un Boeing 727 en 1963 y hoy todos los aviones comerciales disponen de pequeñas turbinas (APU) para la generación eléctrica en tierra que permite el arranque de las grandes turbinas de propulsión.

• A lo largo de los años 90, en parte debido a la crisis energética de California, se desarrollaron equipos para permitir una generación autónoma simple, de alta disponibilidad y con bajo mantenimiento.

• En 1996, CAPSTONE presenta la primera versión de la turbina de C30. Hoy hay más 5.000 máquinas funcionando en todo el mundo.

2.1. Microturbinas: Ciclo Brayton regenerativo

• El modo de funcionamiento de la Microturbina no difiere mucho del de una turbina convencional. La diferencia principal se encuentra en el hecho de tener un ciclo de recuperación para mejorar el rendimiento eléctrico.

• Este proceso enfría los gases de escape pero, su temperatura de alrededor de 300 ºC todavía permite una recuperación térmica útil para los procesos de cogeneración.

2.2. Microturbinas: Una sola parte móvil a 96.000 rpm

• La Microturbina tan solo tiene una parte móvil que gira entre 45000 y 96000 rpm.

• La energía eléctrica producida a frecuencia variable, se convierte a corriente continua y después, mediante un inversor, se convierte a alterna a 50 Hz y 400 V.

• La Microturbina Capstone no utiliza un motor auxiliar para arrancar. Es el propio generador que actúa como motor para iniciar la combustión. Una vez el biogás ya mueve la turbina, la corriente “cambia” de sentido y empezamos a exportar.

2.3. Microturbina: Identificación de componentes

2.4. Microturbinas: Simulación del funcionamiento

2.5. Microturbinas: Sistemas compactos

2.6. Microturbinas: Diferencias con los Motores

• MICROMOTORES• Lubricados por aceite• Refrigerados por agua• Necesita motor de

arranque.• Muchas partes móviles• Mantenimiento elevado

cada 1.000 h* • Rendimiento eléctrico

sensible al contenido de metano.

• Rendimiento eléctrico 35%

• MICROTURBINAS• Lubricadas por aire• Refrigeradas por aire• Puesta en marcha sin

auxiliares.• Una sola parte móvil• Mantenimiento sencillo y

cada 8.000 h.• Rendimiento eléctrico

independiente del contenido en metano.

• Rendimiento eléctrico 30%

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3. Recuperación de calor• Se trata de un recuperador de

calor pirotubular a contracorriente.

• Identificación de equipos:

1. Válvula anti retorno de gases2. Válvula Bypass3. Conducto Bypass4. Intercambiador de calor5. Registro6. Chimenea

1

2

45

6

11

3

3.1. Recuperación de calor: Detalles de los equipos

Central Cogeneración en EDAR de Rubí

4. Resultados de la operación en la EDAR de RubíDATOS RESUMEN DE FUNCIONAMIENTO.

2 turbinas (datos)

3 turbinas (proyección)

Caudal, m3/ d. 27.000DBO, mgO2/ l. 280MES, mg/ l 290Producción biogás, Nm3/ mes. 59.947Consumo biogas, Nm3/ mes. 35.940 53.910Porcentaje uso biogas, %. 60 90Energía generada, kWh / mes. 66.489 99.734PCI, kWh/ Nm3. 5,7Rendimiento neto entregado, %. 28Ratio de autogeneración (EDAR), %. 29 44

21

EDAR

25 kV

0,4 kV

5. Conexión a la red eléctrica

0,4 kV

6. Nuevos productos: C200 , C600, C800 & C1000

6.1. Nuevos productos: C200 , C600, C800 & C1000

• La turbina C200 marca un antes y un después en los proyectos realizables con microturbinas.

• Sus excelentes prestaciones se aprovechan para crear los packageC600, C800 y C1000 compuestos por varias turbinas C200

6.2. Nuevos modelos: POWER PACKAGE

6.3. C200: Mejor Re en turbinas de potencia inferior a 5 MW

Solar Turbines Mercury 50

Kaw asaki GPB30D

Dresser-Rand KG2-3E

Capstone C200 Capstone C1000

Siemens SGT-100Ingersol Rand MT250

Elliott TA100R

Rolls Royce 501-KB5S

Kaw asaki GPB15D

OPRA Turbines OP16-3B (DLE)

Solar Turbines Saturn 20

Solar Turbines Centaur 40Solar Turbines Centaur 50

Kaw asaki GPB60DRolls Royce 501-KB7S

Dresser-Rand KG2-3C

General Electric GE5-1 (DLN)

14

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40

0 1 2 3 4 5 6

Power Output (MW)

Elec

tric

al E

ffici

ency

(%)

7. CONCLUSIONES

• Pueden trabajar con gases muy ácidos: hasta el 7% de H2S.

• Bajos contenidos de CH4 hasta el 30%. (35% en el arranque).

• Valores de emisiones de NOx < 9 ppm. (condiciones ISO).

• Periodos de mantenimiento con biogás cada 8000 h.

• Equipo absolutamente autónomo y con funcionamiento desatendido.

• Ausencia de líquidos lubricantes y refrigerantes.